專(zhuān)利名稱：用于絕熱管形體的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于絕熱管形體例如用來(lái)輸送冷流體或者熱流體的管子的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們知道許多種絕熱系統(tǒng)。尤其公知的是，為了形成任何形狀主體的保溫套，因此可以提供具有雙外壁的這種主體，而在雙外壁之間的間隙中可以放置導(dǎo)熱性較小的材料如礦棉、玻璃棉或者聚氨基甲酸酯。
但是，這些材料的絕熱性能不是很高，并且，在一些情況下，需要使用較大的厚度來(lái)保持該主體的內(nèi)部溫度不變。例如，在用來(lái)輸送原油的海下管子的情況下，這些管子通常由兩個(gè)共軸線的不銹鋼管子形成，其中油在內(nèi)管中流動(dòng)，而外管起著保護(hù)作用。為了能夠長(zhǎng)距離地輸送油，同時(shí)避免使它的粘性增大，因此一定得把咬底(lifting)溫度保持在大約60度到90度，因此在兩個(gè)管子之間的間隙中一定得插入大量的絕熱材料。這就需要使用尺寸大小較大的外管，因此管子的整體體積和重量明顯增大了，因?yàn)橥夤芩枰匿摰牧孔鳛樗睆降暮瘮?shù)而大大地增大了。此外，生產(chǎn)這種管子的費(fèi)用相應(yīng)地增大了。
另一方面，共軸線的管子之間的間隙可以被排空，從而利用真空的較小導(dǎo)熱性來(lái)實(shí)現(xiàn)管子的絕熱。但是，在這種情況下，管子的形成變得很復(fù)雜，并且需要在相同的間隙內(nèi)放置可以吸收氣體的吸氣材料，該吸氣材料在這個(gè)時(shí)間期間可以從形成這兩個(gè)管子的鋼中除去氣體。
其它公知的真空絕熱板由外殼形成，在該外殼內(nèi)具有處于真空下的填充材料。該外殼用來(lái)防止(或者最高程度地減少)大氣進(jìn)入到板中，從而把真空度大小保持成與該設(shè)備所需要的絕熱程度相適應(yīng)。在這點(diǎn)上，外殼由所謂的“阻擋”薄片形成，這種阻擋薄片的特征在于能夠最高程度地減少氣體的滲透性，這種阻擋薄片可以由一個(gè)零件形成，但是在多數(shù)情況下由多層的不同元件形成。在多層的情況下，這些元件層中的一層產(chǎn)生“阻擋”效果，而其它層在通常情況下具有機(jī)械地支撐和保護(hù)阻擋層的功能。相反，填充材料主要具有這樣的功能當(dāng)在板內(nèi)形成真空時(shí)，使外殼的這些相對(duì)表面保持隔開(kāi)，并且一定得具有多孔或者不均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此這些孔或者空間可以被排空從而實(shí)現(xiàn)絕熱功能。該材料可以是無(wú)機(jī)的如硅石粉末、玻璃纖維、氣凝膠、硅藻土等；或者可以是聚合體的如聚氨基甲酸酯或者聚苯乙烯剛性泡沫(這兩者都呈板和粉末的形狀)。
由于它們的導(dǎo)熱性極小，因此非常薄的真空板足以實(shí)現(xiàn)油導(dǎo)管的有效絕熱。因此，可以減少這些導(dǎo)管的間隙的內(nèi)部尺寸大小， 因此克服了上述的問(wèn)題。
例如，PCTNo.WO01/38779描述了一種真空絕熱板，該絕熱板呈管形并且適合放置在用來(lái)輸送油的海下導(dǎo)管的周?chē)稀?br> 但是，這些板的第一個(gè)不方便之處在于它們的外殼易碎，該外殼容易斷裂并且因此使得氣體進(jìn)入到板中。這種氣體的進(jìn)入顯然會(huì)危害板的絕熱性能，并且在海下管線的情況下，它能產(chǎn)生無(wú)法挽回的損害，因?yàn)椴荒苡行У馗鼡Q損壞的板子。
真空板的另一個(gè)缺點(diǎn)是，它們對(duì)管形體不能提供足夠的絕熱。事實(shí)上，它們通常具有平面形狀并且一定得彎曲成使兩個(gè)相對(duì)的邊緣并排地布置，以使它們適合于油導(dǎo)管的內(nèi)部間隙的管形形狀。
但是，以這種方式進(jìn)行彎曲的真空板不能完全地使管子的內(nèi)管進(jìn)行絕熱，尤其與被留出的這些邊緣相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的絕熱性變得較差。在那個(gè)區(qū)域中，尤其可以使內(nèi)管冷卻，因此也可以使在內(nèi)管內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)的油變冷，因此在管子內(nèi)增大和產(chǎn)生了局部堵塞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種管形體的絕熱系統(tǒng)，該絕熱系統(tǒng)沒(méi)有這些缺點(diǎn)。所述的目的通過(guò)一種絕緣系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該絕熱系統(tǒng)的主要特征具體描述在第一個(gè)權(quán)利要求中，其它特征具體描述在其后的權(quán)利要求中。
本發(fā)明的絕熱系統(tǒng)容易構(gòu)造并且包括至少兩個(gè)薄的真空板，這些真空板相互疊置和設(shè)置從而使管形體完全絕熱。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，絕熱系統(tǒng)的至少一個(gè)真空板使用聚合材料作為填充材料，而至少另一個(gè)板使用惰性材料的粉末，該粉末的平均顆粒尺寸大小小于100毫微米(nm)，并且最好為大約2到20nm。由于具有不同特性的兩種填充材料進(jìn)行結(jié)合，因此根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的絕熱系統(tǒng)特別適合于給這樣的管形體例進(jìn)行絕熱該管形體的溫度與周?chē)h(huán)境的溫度極不相同，例如這種管形體是管道，其中油在該管道中以咬底溫度進(jìn)行流動(dòng)，該管道陷入到海深度的水中。
與具有聚合填充材料的那些板相比，具有所述惰性粉末的這些板實(shí)際上能更好地承受高溫，因此可以保護(hù)具有聚合填充材料的那些板，如果具有聚合填充材料的那些板長(zhǎng)時(shí)間地露出到高溫中，那么它們的絕熱特性以不可預(yù)測(cè)的方式進(jìn)行改變，具有明顯的老化現(xiàn)象。
此外，以惰性粉末為基礎(chǔ)的這些板的絕熱特性在斷裂的情況下改變較小。事實(shí)上，具有惰性粉末的這些板的導(dǎo)熱性在空氣進(jìn)入時(shí)只是稍稍改變， 因此在內(nèi)部壓力達(dá)到幾十mbar時(shí)導(dǎo)熱性保持小于大約8mW/m·K，并且在內(nèi)部壓力達(dá)到1bar的情況下導(dǎo)熱性達(dá)到大約20mW/m·K的最大值。相反，在以聚合泡沫為基礎(chǔ)的板中，當(dāng)內(nèi)部壓力大約為1bar時(shí)導(dǎo)熱性從大約10mW/m·K很快地升高，在大氣壓力下達(dá)到大約35mW/m·K。為此，對(duì)于第一板而言，需要使用具有鋁箔的外殼，對(duì)于第二板而言，可以使用具有更大阻力的多層塑料外殼。


參照附圖，在閱讀實(shí)施例的下面詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的絕熱系統(tǒng)的其它優(yōu)點(diǎn)和特征對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講是顯而易見(jiàn)的，在這些附圖中圖1示出了雙壁導(dǎo)管的橫剖視圖，在雙壁導(dǎo)管之間的間隙中插入本發(fā)明所述實(shí)施例的絕熱系統(tǒng)；及圖2示出了圖1中的導(dǎo)管的縱向剖視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，它示出了一種管子，其中本發(fā)明的絕熱系統(tǒng)安裝在該管子中，該管子由內(nèi)管1和外管2以公知方式形成，其中外管2與內(nèi)管1共軸線并且具有這樣的直徑，以致在所述管子之間存在間隙3。要絕熱的流體例如油在管子1內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)。管子1和2可以由任何合適的材料形成，例如在用來(lái)輸送油的海下管子的情況下它由不銹鋼形成。
在間隙3內(nèi)設(shè)置著兩個(gè)真空板4和4’，每個(gè)真空板被卷起，從而并排地布置它的兩個(gè)相對(duì)邊緣5和5’，這兩個(gè)相對(duì)邊緣平行于旋轉(zhuǎn)軸線。相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線是垂直的其它兩個(gè)邊緣因此形成了卷起的板4和4’的端邊緣6和6’。在這種方法中，真空板4和4’采用管形裝置并且配以間隙的管狀形態(tài)。在這種情況下，所述相對(duì)邊緣5和5’相互可以借助任何公知方法來(lái)進(jìn)行密封，例如借助熱封裝的方法來(lái)進(jìn)行密封。
兩個(gè)這樣卷起來(lái)的板4和4’以這樣的方式相互地插入，以致板4的邊緣5相對(duì)于板4’的邊緣5’被錯(cuò)開(kāi)，并且最好布置在這樣的位置上該位置相對(duì)于所述邊緣5’沿著直徑相對(duì)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，卷起的板4的端邊緣6相對(duì)于卷起的板4’的端邊緣6’被錯(cuò)開(kāi)，如圖2所示。
這種錯(cuò)開(kāi)布置可以得到基本上是均勻的絕熱，因?yàn)橛捎诖嬖谄渌陌宥乐乖谕獠凯h(huán)境與要絕熱的主體之間產(chǎn)生熱道，而該熱道通過(guò)板邊緣的絕熱較差的區(qū)域發(fā)生。此外，如果在構(gòu)造管子期間或者在形成管子之后兩個(gè)板中一個(gè)板斷裂了，那么借助另一個(gè)板的存在來(lái)確保熱量保持性能。
絕熱系統(tǒng)還可以包括兩個(gè)以上的板，例如可以具有三個(gè)或者四個(gè)板。所述的這些板可以全部是相同的或者可以是不相同的，尤其地，它們可以包括傳統(tǒng)外殼，例如該傳統(tǒng)外殼具有許多層并且由無(wú)機(jī)填充材料或者聚合填充材料、不連續(xù)或者多孔的填充材料形成。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，真空板(evacuated panel)有兩種至少一種板包括聚合填充材料，例如聚氨酯填充材料，而至少另一種板使用隋性粉末作為填充材料，該惰性粉末的平均顆粒尺寸小于100nm并且最好為大約2到20nm之間。所述粉末最好是硅石。具有理想尺寸特性的硅石可以通過(guò)下面方法來(lái)得到從硅酸鹽的堿性溶液中析出；例如英國(guó)Microtherm國(guó)際有限公司English company MicrothermInternational Ltd生產(chǎn)并且出售名稱為Mircrotherm G、MicrothermSuper G或者Waterproof Microtherm Super G的這種硅石。另一方面，可以使用氧化硅，該氧化硅是一種借助下面方法來(lái)得到的硅石形式根據(jù)下面反應(yīng)，在特殊的室內(nèi)使SiCl4與氧進(jìn)行燃燒
在這個(gè)反應(yīng)中所得到的硅石呈顆粒形狀，這種顆粒的尺寸為幾個(gè)毫微米到幾十個(gè)毫微米之間，這些顆?？梢越Y(jié)合起來(lái)以形成具有較大尺寸大小的顆粒。例如美國(guó)公司CABOT Corp(這個(gè)公司生產(chǎn)的氧化硅被稱為Nanogel)或者德國(guó)公司W(wǎng)acker GmbH生產(chǎn)并且出售的氧化硅。
硅石可以與礦物纖維相混合，例如與玻璃纖維相混合，因此它容易被固化，從而制成了塊體，這些塊體的厚度剛好為幾個(gè)毫米，這些塊體可以被包封、排空，并且隨后可以相對(duì)容易地卷起來(lái)。
由于這種惰性材料通常能夠很好地承受高溫，因此具有它們的板布置成與具有最高溫度的、周?chē)h(huán)境和要絕熱的主體中的一個(gè)相接觸。因此在用來(lái)輸送油的導(dǎo)管的情況下，這些板最好布置成直接與內(nèi)管1相接觸，從而防止具有聚合填充材料的板由于長(zhǎng)時(shí)間地暴露于在內(nèi)管1內(nèi)進(jìn)行流動(dòng)的高溫原油中而可能受到損壞。在圖1的情況下，板4最好包括惰性填充材料，而板4’是以聚合填充材料為基礎(chǔ)的。
即使本發(fā)明涉及用來(lái)輸送油的管道的絕熱，但是本發(fā)明的絕熱系統(tǒng)可以用來(lái)給具有管形形狀的任何其它主體進(jìn)行絕熱，例如給鍋爐或者用來(lái)輸送低溫流體如液態(tài)氮或者氧的管子進(jìn)行絕熱。
權(quán)利要求
1.一種管形體的絕熱系統(tǒng)，它包括至少兩個(gè)真空板(4，4’)，每個(gè)真空板基本上由真空外殼形成，而真空外殼形成有阻擋薄片，在這些薄片內(nèi)具有無(wú)機(jī)或者聚合的、不連續(xù)的或者多孔的填充材料，其特征在于，每個(gè)所述真空板(4，4’)自己卷成這樣的程度平行于旋轉(zhuǎn)軸線的兩個(gè)相對(duì)邊緣(5，5’)被放在一邊，而垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的另兩個(gè)邊緣形成了卷起的真空板的端邊緣(6，6’)，所述卷起的真空板(4，4’)布置成共軸線，其中真空板(4)的邊緣(5)相對(duì)于另一個(gè)真空板(4’)的邊緣(5’)交錯(cuò)。
2.如權(quán)利要求1所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，真空板(4)的邊緣(5)處于這樣的位置上該位置相對(duì)于另一個(gè)真空板(4’)的邊緣(5’)沿著直徑方向相對(duì)。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，卷起的真空板(4)的所述端邊緣(6)相對(duì)于另一個(gè)卷起的真空板(4’)的端邊緣(6’)交錯(cuò)。
4.如前述權(quán)利要求任一所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)所述真空板包括聚合填充材料，而至少另一個(gè)真空板使用惰性材料的粉末作為填充材料，其中該粉末的平均顆粒尺寸小于100毫微米。
5.如權(quán)利要求4所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，所述聚合填充材料是聚氨基甲酸酯。
6.如權(quán)利要求4所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，所述惰性材料的粉末的平均顆粒尺寸為大約2到20毫微米之間。
7.如權(quán)利要求6所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，惰性材料的粉末與礦物纖維相混合。
8.如權(quán)利要求7所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，所述礦物纖維是玻璃纖維。
9.如權(quán)利要求7所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，惰性材料是硅石。
10.如權(quán)利要求9所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，硅石是氧化硅。
11.如前述權(quán)利要求任一所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，所述真空板的厚度為4到15mm。
12.如權(quán)利要求1所述的絕熱系統(tǒng)，其特征在于，所述相對(duì)邊緣相互密封。
全文摘要
一種管形體的絕熱系統(tǒng)，它包括至少兩個(gè)真空板(4，4’)，每個(gè)真空板基本上由真空外殼形成，而真空外殼形成有阻擋薄片，在外殼內(nèi)具有無(wú)機(jī)的或者聚合的、不連續(xù)的或者多孔的填充材料。每個(gè)所述真空板(4，4’)自己卷成這樣的程度平行于旋轉(zhuǎn)軸線的兩個(gè)相對(duì)邊緣(5，5’)相互并排地布置。所述卷起的真空板(4，4’)布置成共軸線，其中真空板(4)的所述邊緣(5)相對(duì)于另一個(gè)真空板(4’)的邊緣(5’)交錯(cuò)。
文檔編號(hào)F16L59/00GK1516795SQ02812231
公開(kāi)日2004年7月28日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月9日
發(fā)明者保羅·馬尼尼, 皮耶拉蒂里奧·迪格雷戈里奧, 保羅 馬尼尼, 蒂里奧 迪格雷戈里奧 申請(qǐng)人:工程吸氣公司